Microfluidic Chips

Forschungsthema



Am Institut für Mikrostrukturtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie werden seit vielen Jahren polymerbasierte Mikrofluidiksysteme für analytische, biologische und medizinische Anwendungen entwickelt. Diese Systeme bestehen in der Regel aus zwei mikrostrukturierten Gehäusekammern, die von einer porösen Membran getrennt sind. Die Kammern werden durch Heißprägung in bioverträgliche Polymere wie Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) oder zyklische Olefin Kopolymere (COC) gefertigt. Für die Assemblierung werden verschiedene Fertigungstechniken wie spezielle Klebetechniken, thermisches Bonden oder Ultraschallschweißen eingesetzt.

In Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern aus Biologie oder Medizin wurden solche Systeme zur Untersuchung der Differenzierung von tierischen Stammzellen, die Wanderung von Krebszellen in einem künstlichen Blutgefäß oder für eine Simulation der Blut-Hirn-Schranke eingesetzt. In Zusammenarbeit mit dem Botanischen Institut des KIT wurde ein mikrofluidischer Biofermenter für Pflanzenzellen entwickelt, um damit Zellen mit verschiedenen metabolischen Leistungen in modularer Weise kombinieren und so neue Wirkstoffe erzeugen zu können.

Diese Technologie soll nun für die Problemstellung des Projekts weiterentwickelt werden: Um die schlummernden metabolischen Potentiale der Pilzstämme freisetzen zu können, müssen oft sehr spezifische Bedingungen getroffen werden, oft aktivierende Signale aus anderen Organismen. In der Regel sind diese Bedingungen nicht bekannt. Um solche Signale finden zu können, braucht man also eine Plattform, auf der verschiedene Zellen kommunizieren können, dabei aber physisch getrennt bleiben (um die Quelle des Signals nachweisen zu können). Neben Modularität als Funktionalität muss diese Plattform die Möglichkeit bieten, Zellen in einem kleinen Volumen, gekoppelt durch Influx und Efflux von Medien und löslichen Signalen zu kultivieren. Der mikrofluidische Biofermenter für Pflanzenzellen bringt genau diese Voraussetzungen mit und kann daher als Matrize für die Integration weiterer für dieses Projekt relevanter Funktionalitäten dienen. Dieser Biofermenter wird nun für einen dreischichtigen Aufbau erweitert werden, so dass Pflanzenzellen nicht nur stromab von pilzlichen Donoren platziert werden können, sondern wiederum stromauf von pilzlichen Empfängern lokalisiert sind (beispielsweise die von Partner IBWF entwickelten fluoreszenten Pilzstämme).




Literaturquelle

Maisch J, Kreppenhofer K, Büchler S, Merle C, Sobich S, Luy B, Ahrens R, Guber A, Nick P (2016) Time-resolved NMR metabolomics of plant cells based on a microfluidic chip. J Plant Physiol 200, 28-34





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